DOI: https://doi.org/10.3389/fendo.2026.1726339
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41704484
تاريخ النشر: 2026-02-02
المؤلف: Mengyu Shi وآخرون
الموضوع الرئيسي: علم الأحياء التناسلي والخصوبة
نظرة عامة
تدرس الدراسة التغيرات الأيضية في خلايا الغرانولوزا (GCs) المرتبطة بعملية شيخوخة المبيض، وخاصة في النساء من ذوات الأعمار المتقدمة (AMA). من خلال إجراء دراسة رصدية مصنفة حسب العمر مع عينات من 10 نساء شابات غير قادرات على الإنجاب (أعمار 21-34) و10 نساء من ذوات الأعمار المتقدمة (أعمار 35-42) يخضعن لعملية الإخصاب في المختبر ونقل الأجنة (IVF-ET)، تهدف الباحثات إلى توضيح آليات إعادة برمجة استقلاب الطاقة الميتوكوندرية. كشفت التحليلات المستهدفة عالية الدقة عن 25 تغييرًا كبيرًا في المستقلبات، مما يشير إلى اختلال ملحوظ في مسارات استقلاب الطاقة، لا سيما الفسفرة التأكسدية (OXPHOS)، وتحلل السكر، ودورة الحمض الثلاثي الكربوكسيلي (TCA). أظهرت مجموعة AMA زيادة في المستقلبات الجليكولية وانخفاض في وسائط دورة OXPHOS وTCA.
تم إجراء مزيد من التحقق باستخدام نموذج إجهاد أكسيدي في المختبر مع خلايا KGN المعالجة فوق أكسيد الهيدروجين (H₂O₂)، والتي أظهرت زيادة في نشاط β-غالكتوزيداز المرتبط بالشيخوخة، وارتفاع في معدل الحموضة الخارجية (ECAR)، وانخفاض في معدل استهلاك الأكسجين (OCR)، وزيادة في مستويات أنواع الأكسجين التفاعلية الميتوكوندرية (mtROS). تشير النتائج إلى أن الشيخوخة في GCs المبيضية تتميز بزيادة في تحلل السكر وانخفاض في نشاط OXPHOS ودورة TCA. توفر هذه الدراسة أول دليل تجريبي يربط إعادة برمجة استقلاب الطاقة الميتوكوندرية بعملية شيخوخة المبيض، مما يقدم رؤى حول خلل المبيض المرتبط بالعمر وعلامات أيضية محتملة للدراسات المستقبلية. ومع ذلك، تعترف الدراسة بالقيود، بما في ذلك الحاجة لاستكشاف العلاقات بين اللاكتات، البيروفات، وديناميات mtROS، فضلاً عن أدوارها في شيخوخة GC.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث التحديات التي تطرحها الأعمار المتقدمة للأمهات (AMA) في تكنولوجيا الإنجاب المساعدة، مع تسليط الضوء على التأثير الحاسم لعمر الأم على خصوبة النساء. تحدد 35 عامًا كعتبة للانخفاضات الكبيرة في الإمكانات الإنجابية، حيث تصنف النساء اللاتي تتراوح أعمارهن بين 21-34 كالمجموعة الأصغر، وتلك التي تبلغ 35 عامًا أو أكثر كمجموعة AMA. تشير الورقة إلى أن النساء من ذوات الأعمار المتقدمة يعانين من انخفاض ملحوظ في احتياطي المبيض، يتميز بانخفاض في كمية وجودة البويضات، مما يؤدي إلى انخفاض معدلات الحمل الطبيعي وزيادة مخاطر الإجهاض. تقود هذه الشيخوخة المرتبطة بالعمر في المبيض آليات متعددة العوامل، بما في ذلك خلل الميتوكوندريا، وعدم استقرار الكروموسومات، والعوامل البيئية، والتي تتسبب مجتمعة في تقويض مجموعة الجريبات المبيضية.
تؤكد المقدمة أيضًا على دور خلل الميتوكوندريا في شيخوخة الخلايا وشيخوخة المبيض، موضحة كيف أن الميتوكوندريا مركزية في العمليات الحيوية للطاقة ووجود الخلايا. تناقش مفهوم إعادة برمجة الاستقلاب الميتوكوندري، الذي يسمح للخلايا بتكييف مساراتها الأيضية استجابةً لمتطلبات البيئة، وآثاره على الشيخوخة والخصوبة. تهدف الدراسة إلى استكشاف ملفات الاستقلاب المستهدفة لخلايا الغرانولوزا (GCs) في النساء من ذوات الأعمار المتقدمة مقارنة بالنساء الأصغر سناً، باستخدام نموذج في المختبر لخلايا KGN المتقدمة في السن للتحقيق في التغيرات الأيضية ذات الصلة التي قد تؤثر على جودة البويضات ونتائج الخصوبة في هذه الفئة السكانية.
الطرق
توضح قسم “المواد والطرق” التصميم التجريبي والإجراءات المستخدمة في الدراسة. تفصل المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، معدات، وعينات بيولوجية، لضمان إمكانية تكرار البحث. تشمل المنهجية التقنيات المستخدمة لجمع البيانات، بما في ذلك أي تحليلات إحصائية تم إجراؤها لتفسير النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم الإعداد التجريبي، بما في ذلك تدابير التحكم والظروف التي أجريت فيها التجارب. تعتبر هذه المقاربة الصارمة ضرورية للتحقق من النتائج وضمان أن تكون النتائج موثوقة وقابلة للتطبيق في سياقات أوسع. بشكل عام، تعتبر الطرق المستخدمة حاسمة لفهم آثار نتائج الدراسة.
النتائج
تظهر نتائج الدراسة أن فوق أكسيد الهيدروجين (H₂O₂) يثبط بشكل كبير تكاثر خلايا KGN ويحفز شيخوخة الخلايا. كشفت اختبار تكاثر الخلايا CCK-8 عن انخفاض ملحوظ في حيوية الخلايا مع زيادة تركيزات H₂O₂ والتعرض المطول، حيث أظهرت التحليلات الإحصائية تأثيرات رئيسية ذات دلالة عالية للوقت (F(4, 60) = 329.4، p < 0.001) والجرعة (F(5, 60) = 349.9، p < 0.001)، بالإضافة إلى تفاعل دلالة الجرعة × الوقت (F(20, 60) = 45.7، p < 0.001). بشكل ملحوظ، انخفضت حيوية الخلايا إلى 53.52% بعد ساعتين من العلاج بـ 50 مليمول H₂O₂، وأكدت المجهر الإلكتروني انخفاض الحيوية إلى حوالي 50%. أظهر تحليل إضافي باستخدام صبغة β-غالكتوزيداز المرتبطة بالشيخوخة (SA-β-gal) زيادة كبيرة في نسبة الخلايا المتقدمة في السن في المجموعة المعالجة بـ H₂O₂، مع معدلات إيجابية بلغت 31.08 ± 4.22%، مقارنة بـ 6.87% في المجموعة الضابطة. أكدت اختبار t غير المتزاوج مع تصحيح ويلش فرقًا كبيرًا جدًا (t = 18.62، df = 3.888، p < 0.0001)، مع فرق متوسط قدره 26.16 ± 1.405% وحجم تأثير قوي جدًا (Cohen's d = 18.89). أشارت التقييمات الشكلية إلى أن الخلايا المعالجة بـ H₂O₂ أظهرت صبغة زرقاء-بنفسجية مكثفة تميز الشيخوخة المتوسطة إلى الشديدة، مما يتناقض مع الصبغة الخفيفة التي لوحظت في الخلايا الضابطة. تؤكد هذه النتائج مجتمعة أن H₂O₂ يحفز بشكل فعال الشيخوخة في خلايا KGN.
المناقشة
في هذه الدراسة الاستباقية التي أجريت في المركز الشامل للبحث في الإنجاب وعلم الوراثة، تم تصنيف 60 مريضًا غير قادرين على الإنجاب يخضعون لعملية IVF-ET إلى مجموعتين عمريتين: شابات (21-34 عامًا) وذوات الأعمار المتقدمة (AMA، 35-42 عامًا). تم تطبيق معايير صارمة للإدراج والاستبعاد لضمان سلامة مجموعة الدراسة، حيث خضع المشاركون لتقييمات شاملة من قبل متخصصين معتمدين. حصلت الدراسة على موافقة أخلاقية، وقدم جميع المشاركين موافقة مستنيرة. تم تقييم الخصائص الأساسية الرئيسية، بما في ذلك العمر، مدة العقم، وعلامات احتياطي المبيض، مما كشف عن اختلافات كبيرة بين المجموعتين، لا سيما في الإمكانات الإنجابية والنتائج الجنينية.
أشار تحليل الاستقلاب المستهدف لخلايا الغرانولوزا (GCs) إلى إعادة برمجة أيضية ملحوظة مرتبطة بالشيخوخة. تم تحديد ما مجموعه 32 مستقلبًا مختلفًا، مع بقاء 25 منها ذات دلالة إحصائية بعد تصحيح معدل الاكتشاف الخاطئ. أظهرت مجموعة AMA مستويات مرتفعة من المستقلبات الجليكولية وامتصاص الجلوكوز، إلى جانب انخفاض مستويات وسائط دورة الحمض الثلاثي الكربوكسيلي (TCA) الرئيسية، مما يشير إلى تحول من الفسفرة التأكسدية (OXPHOS) إلى تحلل السكر الهوائي. قد تسهم هذه التغيرات الأيضية في تغييرات وراثية تؤدي إلى تسريع عملية الشيخوخة في GCs. كما أكد تحليل Seahorse XF هذه النتائج، حيث أظهر انخفاضات كبيرة في قدرة التنفس الميتوكوندرية في الخلايا المعالجة بـ H2O2، مما يدل على خلل في وظيفة الميتوكوندريا واستقلاب الطاقة، مما قد يكون له آثار على الخصوبة في سياق الأعمار المتقدمة للأمهات.
DOI: https://doi.org/10.3389/fendo.2026.1726339
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41704484
Publication Date: 2026-02-02
Author(s): Mengyu Shi et al.
Primary Topic: Reproductive Biology and Fertility
Overview
The study investigates the metabolic changes in granulosa cells (GCs) associated with ovarian aging, particularly in women of advanced maternal age (AMA). By conducting an age-stratified observational study with samples from 10 young infertile women (ages 21-34) and 10 women with AMA (ages 35-42) undergoing in vitro fertilization-embryo transfer (IVF-ET), the researchers aimed to elucidate the mechanisms of mitochondrial energy metabolism reprogramming. High-resolution targeted metabolomics revealed 25 significant alterations in metabolites, indicating a marked dysregulation of energy metabolism pathways, notably oxidative phosphorylation (OXPHOS), glycolysis, and the tricarboxylic acid (TCA) cycle. The AMA group showed increased glycolytic metabolites and decreased OXPHOS and TCA cycle intermediates.
Further validation was performed using an in vitro oxidative stress model with hydrogen peroxide (H₂O₂)-treated KGN cells, which exhibited increased senescence-associated β-galactosidase activity, elevated extracellular acidification rate (ECAR), reduced oxygen consumption rate (OCR), and heightened mitochondrial reactive oxygen species (mtROS) levels. The findings suggest that aging in ovarian GCs is characterized by enhanced glycolysis and diminished OXPHOS and TCA cycle activity. This research provides the first experimental evidence linking mitochondrial energy metabolism reprogramming to ovarian aging, offering insights into age-related ovarian dysfunction and potential metabolic markers for future studies. However, the study acknowledges limitations, including the need to explore the relationships between lactate, pyruvate, and mtROS dynamics, as well as their roles in GC senescence.
Introduction
The introduction of the research paper addresses the challenges posed by advanced maternal age (AMA) in assisted reproductive technology, highlighting the critical impact of maternal age on female fertility. It establishes 35 years as the threshold for significant declines in reproductive potential, with women aged 21-34 classified as the younger group and those aged 35 and older as the AMA group. The paper notes that women with AMA experience a marked decline in ovarian reserve, characterized by reduced oocyte quantity and quality, which leads to lower natural conception rates and higher miscarriage risks. This age-related ovarian aging is driven by multifactorial mechanisms, including mitochondrial dysfunction, chromosomal instability, and environmental factors, which collectively compromise the ovarian follicular pool.
The introduction further emphasizes the role of mitochondrial dysfunction in cellular senescence and ovarian aging, detailing how mitochondria are central to bioenergetic processes and cellular viability. It discusses the concept of mitochondrial metabolic reprogramming, which allows cells to adapt their metabolic pathways in response to environmental demands, and its implications for aging and fertility. The study aims to explore the targeted metabolomic profiles of ovarian granulosa cells (GCs) in women with AMA compared to younger women, utilizing an in vitro model of senescent KGN cells to investigate relevant metabolic changes that may influence oocyte quality and fertility outcomes in this demographic.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, equipment, and biological samples, ensuring reproducibility of the research. The methodology encompasses the techniques for data collection, including any statistical analyses performed to interpret the results.
Additionally, the section may describe the experimental setup, including control measures and the conditions under which experiments were conducted. This rigorous approach is essential for validating the findings and ensuring that the results are reliable and applicable to broader contexts. Overall, the methods employed are critical for understanding the implications of the study’s outcomes.
Results
The results of the study demonstrate that hydrogen peroxide (H₂O₂) significantly inhibits the proliferation of KGN cells and induces cellular senescence. The CCK-8 cell proliferation assay revealed a marked decline in cell viability with increasing H₂O₂ concentrations and prolonged exposure, with statistical analysis indicating highly significant main effects of time (F(4, 60) = 329.4, p < 0.001) and dosage (F(5, 60) = 349.9, p < 0.001), as well as a significant dosage × time interaction (F(20, 60) = 45.7, p < 0.001). Notably, cell viability dropped to 53.52% after 2 hours of treatment with 50 mM H₂O₂, and electron microscopy corroborated a reduction in viability to approximately 50%. Further analysis using senescence-associated β-galactosidase (SA-β-gal) staining revealed a significant increase in the percentage of senescent cells in the H₂O₂-treated group, with positive rates of 31.08 ± 4.22%, compared to 6.87% in the control group. An unpaired t-test with Welch's correction confirmed a highly significant difference (t = 18.62, df = 3.888, p < 0.0001), with a mean difference of 26.16 ± 1.405% and a very strong effect size (Cohen's d = 18.89). Morphological assessments indicated that H₂O₂-treated cells exhibited intense blue-purple staining characteristic of moderate to severe senescence, contrasting with the light staining observed in control cells. These findings collectively confirm that H₂O₂ effectively induces senescence in KGN cells.
Discussion
In this prospective study conducted at the Comprehensive Research Center for Reproduction and Genetics, 60 infertile patients undergoing IVF-ET were stratified into two age groups: young (21-34 years) and advanced maternal age (AMA, 35-42 years). Rigorous inclusion and exclusion criteria were applied to ensure the integrity of the study population, with participants undergoing comprehensive evaluations by certified specialists. The study received ethical approval, and all participants provided informed consent. Key baseline characteristics, including age, duration of infertility, and ovarian reserve markers, were assessed, revealing significant differences between the two groups, particularly in reproductive potential and embryological outcomes.
Targeted metabolomic profiling of granulosa cells (GCs) indicated notable metabolic reprogramming associated with aging. A total of 32 differential metabolites were identified, with 25 remaining statistically significant after false discovery rate correction. The AMA group exhibited increased levels of glycolytic metabolites and glucose uptake, alongside decreased levels of key tricarboxylic acid (TCA) cycle intermediates, suggesting a shift from oxidative phosphorylation (OXPHOS) to aerobic glycolysis. This metabolic alteration may contribute to epigenetic changes that accelerate the aging process in GCs. Seahorse XF analysis further corroborated these findings, demonstrating significant reductions in mitochondrial respiratory capacity in H2O2-treated cells, indicative of impaired mitochondrial function and energy metabolism, which may have implications for fertility in the context of advanced maternal age.